高阶单元 — CAE术语解说

高阶单元是指具有二次及以上多项式形状函数的单元。例如，一次四面体有4个节点，单元内位移仅线性变化；而二次单元有10个节点，边中点也配置了节点，可以表示抛物线形位移分布。曲面拟合效果也大幅改善。

一次四面体以表现出"过度刚硬"的行为而著称，这种现象称为剪切锁定，特别是在弯曲问题中容易低估位移。因此，在结构分析中使用四面体时，二次单元事实上已成为必须条件。六面体的一次单元相对来说还可以接受，但仍然优先使用二次单元。

节点数会增加，但要达到同等精度，所需的单元数比一次单元少得多。也就是说，与"细网格的一次单元"相比，"粗网格的二次单元"在很多情况下总自由度更小且精度更好。

没错。不过，在接触分析或碰撞分析这类强非线性问题中，单元变形非常大时，二次单元的中间节点容易反转，会出现麻烦。在这些情况下，实践中通常采用一次单元加非协调模式的方法来处理。

这5个要点需要掌握。

先从悬臂梁这样的简单模型开始，对比一次和二次单元的计算结果。自己的眼睛看到锁定的影响，这样学习效果最好。